1.4f: BUS e interfacce

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1 1.4f: BUS e interfacce

2 2 Bibliografia Curtin, Foley, Sen, Morin Informatica di base, Mc Graw Hill Ediz. Fino alla III : cap. 3.14, 3.15, 3.16 IV ediz.: cap. 2.10,,2.11, 2.12 Questi lucidi

3 3 BUS Linee di comunicazione che consentono la trasmissione delle informazioni tra le varie parti del sistema presenti sulla scheda madre del computer. Invece che collegare ogni dispositivo con tutti gli altri, si collegano tutti i dispositivi ad un unico insieme di linee, il bus.

4 4 Il BUS di sistema Collega la CPU agli altri dispositivi del computer. Esso presenta diversi tipi di linee: Linee per trasmettere gli indirizzi dei dati in memoria Linee per trasmettere Dati Linee per trasmettere i segnali di controllo

5 5 Bus Indirizzi Ogni operazione fatta dal processore coinvolge uno o più dati. Ogni dato risiede in una locazione della memoria centrale Ogni locazione di memoria ha un indirizzo numerico. Sul Bus Indirizzi viene trasferito l indirizzo dei dati tra processore e memoria centrale, in modo che il processore possa accedere ai dati su cui effettuare l elaborazione Dalla sua capienza dipende la quantità di memoria centrale indirizzabile dal processore Un bus di N bit vede 2 N indirizzi di memoria. In un computer con un bus a 32 bit si può inserire RAM fino alla dimensione massima di 4 GB (2 32 )

6 6 Bus Dati Il Bus Dati trasporta i Dati veri e propri (nel loro formato binario) tra il processore e la memoria centrale o tra il processore e le periferiche più lente Dalla sua larghezza dipende la quantità di bit che possono viaggiare contemporaneamente.

7 7 Bus di controllo Il Bus di Controllo trasporta i segnali per l attivazione, il controllo e la sincronizzazione dei circuiti che collegano tra loro i diversi componenti del sistema.

8 La Memoria e il Monitor Con la crescita delle applicazioni multimediali, i dispositivi di Input/Output che trattano grandi quantità di dati hanno cominciato ad aver bisogno di autostrade più veloci. 8 Ad esempio, rispetto al passato, una scheda grafica e un monitor di buona/elevata qualità, trattano molti più dati nella stessa unità di tempo. Le schermate che appaiono su un qualsiasi monitor vengono prima composte una per una e pixel per pixel in RAM poi, con l intervento della CPU, inviate alla scheda grafica e da questa vengono spedite al monitor Un monitor con risoluzione 1600x1200 presenta pixel, ognuno dei quali è codificato con 3 bytes (sistema RGB). Se il refresh fosse anche solo di 60 volte al secondo, tutti questi pixel dovranno essere trasferiti 60 volte al secondo, per un totale di x3x60= Byte al secondo.

9 La Memoria e il Monitor Il Bus di Sistema è troppo lento e quindi non è in grado di soddisfare queste aumentate necessità Per velocizzare queste operazioni la scheda grafica presenta una RAM in grado di memorizzare qualche schermata La scheda video, la CPU e la memoria non si affacciano sul bus dati di sistema, ma su una linea di trasmissione più veloce, il bus locale. 9 Il BUS locale è un BUS veloce per il collegamento tra la memoria centrale, la CPU e le periferiche ad alte prestazioni (che trattano grandi quantità di bit)

10 10 I BUS Locali

11 11 I BUS Locali Inizialmente i bus locali riuscivano a trasmettere 5 MB al secondo (ISA Industry Standard Architecture, a 8 e 16 bit oppure EISA, Extended Industry Standard Architecture, estensione a 32 bit di ISA) PCI (Peripheral Component Interconnect sviluppato da Intel nel 1992 in sostituzione del bus ISA): 256 MB al secondo PCI-X è un'evoluzione del PCI e fornisce una larghezza di banda fino a 4 GByte.

12 Grafica: il bus AGP AGP (Accelerated Graphic Port) è un bus di interfaccia tra CPU, RAM e la scheda grafica. Il bus AGP 4x trasmette fino a 1,07 GB al secondo. 8x trasmette fino a 2,14 GB al secondo AGP supera le limitazioni del PCI rispetto alla velocità di trasferimento dei dati tra memoria RAM e scheda video, fattore molto importante nelle applicazioni 3D, dove la quantità di elementi da trattare è molto grande 12 AGP é stato progettato esplicitamente per le schede grafiche.

13 13 Grafica: il bus PCI-Express PCI-Express (detto anche PCIe o PCIx ) permette di trasmettere fino a 4 GB al secondo (il doppio delle AGP 8x). Il PCI Express è il successore (seriale) del bus di espansione PCI (parallelo) e ha sostituito il bus AGP precedentemente in uso per le schede grafiche. Pur avendo prestazioni molto più elevate è compatibile con le periferiche PCI e quindi permette il riutilizzo delle schede PCI.

14 Adattatori e tecnologia Plug&Play

15 15 Interfacciamento delle periferiche Perché possano essere viste dal PC (in particolare dalla CPU) le periferiche vanno collegate al bus. Il collegamento tra periferica e PC (in particolare la CPU) prevede la realizzazione di operazioni fondamentali tra le quali: La sincronizzazione di operazioni che avvengono a velocità diverse (si pensi al collegamento della tastiera, che è legata alla velocità di digitazione di un essere umano, alla CPU) La traduzione di messaggi da un linguaggio esterno a quello del computer (si pensi ancora alla tastiera o all input vocale) Tali operazioni sono svolte da un insieme di hardware e software che si frappone fra il PC e la periferica, detto Interfaccia.

16 16 Collegamento delle periferiche al PC (I) Alcune periferiche, quali le schede di rete, sono in formato di scheda da inserire direttamente in uno slot di espansione, che è collegato direttamente al bus del sistema e al bus locale. L interfaccia, in questo caso, è presente direttamente sulla scheda.

17 Collegamento delle periferiche al PC (II) Altre periferiche sono collegate tramite un adattatore, che è una scheda speciale che va inserita in uno slot di espansione sulla scheda madre e che presenta da un lato un connettore che permette il collegamento dei cavi provenienti dalla periferica, dall altro è collegato direttamente al bus del sistema e al bus locale, e all interno c è l hardware e il software che svolge le funzioni di interfacciamento Un adattatore spesso è dotato di un proprio processore e di memoria dedicata, per svolgere adeguatamente le funzioni di interfacciamento 17 Ad esempio: alcune (vecchie) schede audio o le schede grafiche (compresa la scheda AGP)

18 18 Driver di una periferica Perché una periferica funzioni correttamente, è necessario che nel computer sia caricato un software chiamato driver di periferica. Per ogni periferica è disponibile un driver specifico, generalmente fornito dal produttore della periferica stessa. Alcuni driver sono già inclusi in Windows.

19 Tecnologia Plug & Play In passato, per connettere le periferiche al computer era necessario spegnere l elaboratore, eventualmente installare la scheda dell adattatore, collegare la periferica, far ripartire il computer installare il driver. Con il Plug & Play è possibile connettere le periferiche (purché esse stesse supportino la tecnologia Plug & Play) senza la riconfigurazione del sistema. 19 Dopo aver collegato la periferica, infatti, il sistema provvede a installare tutti i driver necessari, ad aggiornare il sistema e ad allocare le risorse.

20 Tecnologia Plug & Play Plug & Play: insieme di specifiche che consente al computer di rilevare e configurare automaticamente una periferica e di installare i driver di periferica appropriati. La modalità Plug & Play garantisce il funzionamento delle nuove periferiche e l'assenza di conflitti 20 Per disinstallare una periferica Plug & Play è sufficiente scollegarla dal computer. La disinstallazione di una periferica non rimuove i driver di periferica dal disco rigido del computer

21 La Comunicazione con le periferiche

22 22 Collegamento delle periferiche al PC (III) La maggior parte delle periferiche si collega, tramite un cavo, a delle prese apposite, dette porte di comunicazione standard (porte parallele, USB, ). Le porte sono presenti di serie su ogni computer e presentano una presa standard sul lato esterno, che permette il collegamento del cavo provenienti dalla periferica l hardware e il software che svolge le funzioni di interfacciamento è presente sulla scheda madre sono collegate direttamente al bus sul lato della scheda madre. Calcolatore Interfaccia Standard Connessione Interfaccia Standard Periferica

23 23 Tipi di interfaccia Le porte di comunicazione standard possono essere Esterne al computer (per periferiche esterne, quali stampanti e scanner) Interne al computer (per periferiche interne, quali Hard- Disk e CD-Rom) Sono state definite alcune interfacce standard: L interfaccia seriale L interfaccia parallela L interfaccia SCSI L interfaccia Ultra ATA e Serial ATA L interfaccia USB e l interfaccia Firewire L interfaccia IrDA Interfacce basate su onde radio

24 24 Interfaccia seriale Il nome rispecchia la modalità di comunicazione utilizzata (seriale), in quanto trasmette i dati un bit alla volta Porta più comune fino all introduzione delle USB ( la porta seriale è anche detta asincrona o RS-232-C). Utilizzata per collegare periferiche quale il modem, alcuni tipi di stampanti e, in generale, periferiche lente. Il nome delle interfacce seriali è COM1, COM2 ecc., dove COM è l abbreviazione di COMmunication (comunicazione)

25 25 Interfaccia parallela (detta anche Centronics) Vengono inviati 8 bit alla volta, oltre a segnali di controllo. La comunicazione è più veloce, ma occorrono più fili rispetto alla seriale ed è maggiormente soggetta a disturbi Nata per connettere stampanti, la porta parallela è stata in seguito usata anche per altre periferiche

26 26 Interfacce seriali e parallele

27 Interfaccia SCSI Collegamento per dispositivi interni o esterni al computer: dischi rigidi (dischi SCSI), ma anche CD - DVD unità nastro - stampanti - scanner. 27 Una porta SCSI (Small Computer System Interface) supporta fino a 15 periferiche veloci in cascata Un singolo adattatore SCSI è in grado di interfacciare contemporaneamente un computer a più dischi rigidi, ad un drive CD-ROM, ad una unità a nastri ed ad uno scanner Daisy chaining: le periferiche sono collegate come una catena. Il collegamento è condiviso contemporaneamente tra tutte le periferiche

28 28 Interfacce Ultra ATA e Serial ATA La porta Ultra ATA (Advanced Technology Attachment), detta anche EIDE è un interfaccia molto diffusa per le periferiche di memorizzazione (CD, DVD e Hard Disk) Può controllare fino a quattro hard disk o altre periferiche IDE Molto più lenta di una interfaccia SCSI. Molto più economica di una interfaccia SCSI Il collegamento viene assegnato alla periferica che lo sta usando Serial ATA è l evoluzione della Ultra ATA.

29 29 Interfacce seriali veloci: USB e Firewire Interfacce seriali hanno già sostituito le parallele e tenderanno a sostituire anche le altre. Utilizzano cavi sottili che facilitano i collegamenti Consentono di collegare i dispositivi in cascata Utilizzano la tecnologia Plug & Play, per cui è possibile collegare e scollegare queste periferiche a computer acceso. Sono molto più veloci delle seriali e delle parallele classiche Dato che il loro connettore è piccolo, gli attacchi di queste interfacce sono molto usati sui portatili e palmari Distribuiscono anche corrente elettrica, per cui i dispositivi di basso consumo possono funzionare senza cavo elettrico, traendo energia direttamente dal cavo.

30 30 Interfacce seriali veloci: USB e Firewire

31 31 Le interfacce: USB (Universal Serial Bus) USB (Universal Serial Bus) è una porta seriale sviluppata nel 1995 da un consorzio (Compaq, HP, Intel, Lucent, Microsoft, Nec, Philips). USB 1.0 ha una velocità di trasmissione di 1,5 Mbps (milioni di bit al secondo) USB 1.1 ha una velocità di trasmissione di 12 Mbps USB 2.0 ha una velocità di trasmissione di oltre 480 Mbps USB 3.0 ha una velocità di trasmissione di oltre 4,8 Gbps La versione 3.1 raggiunge i 10 Gbps Le periferiche USB possono essere collegate in cascata fino a formare una catena di 127 elementi.

32 32 Le interfacce: USB (Universal Serial Bus) Caratteristiche: flessibile, semplice, veloce ed economico Permette di interfacciare molte periferiche differenti; non sono necessari dispositivi di controllo e porte dedicate; facilmente espandibile; Permette connessioni a caldo; supporta dispositivi tempo reale Raggiunge velocità di trasmissione di oltre 4,8 Gbps (USB 3.0)

33 33 Le interfacce: Firewire Firewire è una porta seriale. La porta FireWire (sviluppata dalla Apple nel 1985 e standardizzata nel 1995) ha due tipologie di standard IEEE 1934a ha velocità di comunicazione massima 400 Mbps. IEEE 1934b ha velocità di comunicazione massima 800 Mbps. Entrambi non possono avere lunghezza superiore a 4,5 mt. Le periferiche Firewire possono essere collegate in cascata fino a formare una catena di 63 elementi.

34 34 Le Interfacce Wireless (senza cavi) La Interfaccia IrDa (Infrared Data Association) consente di collegare le periferiche al personal computer tramite l emissione di raggi infrarossi Le connessioni sono di tipo seriale, mediante raggi infrarossi Non devono esserci ostacoli tra la periferica e il computer. Le Onde Radio permettono di collegare periferiche lente con molti meno problemi delle IrDa Bluetooth è un sistema di trasmissione radio che permette di far comunicare dispositivi elettronici nel raggio di 100 metri, raggiungendo velocità fino a 2Mbps.